新工科背景下“機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)”教學(xué)綜合改革探討與實(shí)踐*

張?jiān)?，?勇，沈惠萍，馬振武

（蘇州科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215009）

隨著第四次工業(yè)革命的到來，高等工程教育亟需進(jìn)行改革以適應(yīng)現(xiàn)代工程發(fā)展的趨勢。教育部提出的新工科改革恰逢其時，是一步至關(guān)重要的先手棋[1-2]?！皺C(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)”課程是機(jī)械工程、機(jī)械電子等專業(yè)的必修基礎(chǔ)課，是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)的一門重要的專業(yè)必修課，是一門實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，具有重要的工程應(yīng)用意義。通過學(xué)習(xí)該課程，學(xué)生能了解機(jī)械加工系統(tǒng)的基本知識和切削原理的基本理論，能正確地選擇加工方法與機(jī)床、刀具、夾具及加工參數(shù)，具備制定工藝規(guī)程的能力，掌握機(jī)械加工精度和表面質(zhì)量的基本知識，初步具備分析解決現(xiàn)場工藝問題的能力。開展該課程的教學(xué)工作，可以培養(yǎng)學(xué)生分析和解決工程實(shí)際問題的能力，使學(xué)生具備機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)、工藝裝備的選用和夾具設(shè)計(jì)的能力；培養(yǎng)學(xué)生在綜合分析機(jī)械制造過程中提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本等方面的能力，使學(xué)生對制造技術(shù)的新發(fā)展和制造系統(tǒng)的基本概念有一定的了解。

1 教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 工程實(shí)踐能力不足

機(jī)械制造技術(shù)與工程實(shí)踐聯(lián)系緊密，但課程講解仍采用傳統(tǒng)課堂理論授課形式，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中缺乏對工程裝備與制造技術(shù)直觀形象的認(rèn)識，導(dǎo)致學(xué)生難以理論聯(lián)系實(shí)際，不能真正做到知行合一，最終導(dǎo)致工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)不足[3-4]。例如，在切削刀具的角度標(biāo)注中，如果無法在刀具三維模型視圖中講解，很多學(xué)生很難理解抽象的前刀面、法平面等概念；刀具切削運(yùn)動與進(jìn)給運(yùn)動復(fù)合形成切削軌跡的過程也必須采用動畫的方法演示，否則部分學(xué)生會由于缺乏空間想象能力而影響自身學(xué)習(xí)效果。隨著綠色化、智能化在制造技術(shù)領(lǐng)域的滲透，例如特種制造、增材制造、微納制造等先進(jìn)制造技術(shù)已經(jīng)越來越普遍，但目前“機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)”課程教材內(nèi)容陳舊，原有的課程內(nèi)容跟工程實(shí)踐已經(jīng)有了一定的脫節(jié)。此外，目前的實(shí)踐教學(xué)在場地上和設(shè)備上都落后于工程實(shí)際，通過工程實(shí)踐培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力的目標(biāo)難以實(shí)現(xiàn)。

1.2 解決復(fù)雜工程問題的能力不足

在中國制造2025 國家戰(zhàn)略與制造業(yè)工業(yè)4.0 升級的背景下，智能裝備呈現(xiàn)出日趨復(fù)雜的態(tài)勢，“機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)”課程是機(jī)械工程專業(yè)的基礎(chǔ)課程，對培養(yǎng)工科學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力十分必要[5-6]。目前，該課程的教學(xué)存在重理論輕實(shí)踐的傾向，導(dǎo)致學(xué)生在實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和系統(tǒng)化解決復(fù)雜工程問題的能力等方面十分薄弱。在新工科建設(shè)的大背景下，必須對這門課程的內(nèi)容體系、教學(xué)模式與教學(xué)方法進(jìn)行深入系統(tǒng)的探索與改革，才能滿足新工科背景下對工科人才的現(xiàn)代設(shè)計(jì)能力與素質(zhì)的需求。目前，教師在授課中，沒有結(jié)合具體的工程實(shí)踐項(xiàng)目講解知識，也沒有把系統(tǒng)的復(fù)雜工程問題貫穿到各教學(xué)環(huán)節(jié)，教學(xué)與企業(yè)真實(shí)環(huán)境、自動化工程設(shè)備脫軌嚴(yán)重，導(dǎo)致學(xué)生的工程應(yīng)用能力不強(qiáng)，造成學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力不足。

1.3 缺乏思政引領(lǐng)

習(xí)近平總書記在全國高校思想政治工作會議上強(qiáng)調(diào)，要堅(jiān)持把立德樹人作為中心環(huán)節(jié)，把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過程，實(shí)現(xiàn)全程育人、全方位育人。《華盛頓協(xié)議》工程教育認(rèn)證明確指出，高等工程教育基本定位是培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。因此，現(xiàn)階段高等工程教育肩負(fù)著培養(yǎng)德才兼?zhèn)涞母咚刭|(zhì)人才的責(zé)任與使命[7-8]。在課程思政教學(xué)中，以教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)、新教學(xué)方法為抓手，培養(yǎng)學(xué)生的核心價值觀與文化自信，實(shí)現(xiàn)立德樹人的育人目標(biāo)。

目前，由于課程內(nèi)容缺失人文精神、工程倫理、核心價值觀等思政要素的引領(lǐng)，專業(yè)課程教學(xué)只教書，不育人，學(xué)生普遍缺乏職業(yè)道德修養(yǎng)，沒有形成核心價值觀與文化自信，導(dǎo)致學(xué)生對專業(yè)課學(xué)習(xí)缺乏主動性與自覺性，在學(xué)習(xí)過程中存在缺乏內(nèi)心認(rèn)同感、缺乏理想與目標(biāo)驅(qū)動等問題，“機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)”課程思政教學(xué)難以滿足現(xiàn)階段教學(xué)要求[9]。因此，把思想政治教育融入教育教學(xué)的全過程，深刻挖掘本門課程的思政育人功能，通過巧妙和科學(xué)的內(nèi)容設(shè)計(jì)，引導(dǎo)學(xué)生堅(jiān)定正確的政治方向、樹立遠(yuǎn)大的理想抱負(fù)、確立科學(xué)的價值觀念、增強(qiáng)自身的綜合素養(yǎng)是十分重要的。

1.4 考核方法單一

目前，“機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)”課程考核方式基本是理論考試，學(xué)生的實(shí)踐能力無法得到合理的考核。這一課程考核方式忽視了學(xué)生綜合應(yīng)用能力的評價反饋，不利于提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的實(shí)踐能力，不符合OBE教學(xué)的思想與目標(biāo)[10]。

2 “機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)”課程改革的思路與方法

2.1 線上線下混合翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式

引入線上線下混合翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，結(jié)合傳統(tǒng)教學(xué)模式和網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)模式的優(yōu)勢，將翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式應(yīng)用到課程教學(xué)中，教師是學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者和促進(jìn)者，學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主角，線上線下混合翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)流程如圖1 所示。該教學(xué)模式包含教學(xué)過程與教學(xué)資源兩個方面，需要建立按一定的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)策略組織起來的教學(xué)內(nèi)容和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)支撐環(huán)境，需要對微課、課程題庫、考試題庫等進(jìn)行建設(shè)。通過充分利用國家精品課程、慕課、重點(diǎn)教材等教學(xué)資源，構(gòu)建互動式網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，可以為完成翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)打下扎實(shí)基礎(chǔ)。

圖1 線上線下混合翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)流程

慕課對“機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)”課程而言，會造成學(xué)生無法與教師交流、學(xué)習(xí)過程得不到監(jiān)督的問題，而傳統(tǒng)課堂又無法充分利用教學(xué)資源，導(dǎo)致教學(xué)質(zhì)量難以提高。而本課程充分利用線上國家精品課程資源，在教學(xué)中采用“機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)”國家精品課程，對于學(xué)生在學(xué)習(xí)中遇到的疑問，在討論環(huán)節(jié)授課教師會予以解答，因此采用線上線下混合教學(xué)能得到很好的教學(xué)效果。

2.2 融入課程思政要素

在授課過程中，把思想政治教育融入教育教學(xué)的全過程，深刻挖掘本門課程的思政育人功能，通過巧妙和科學(xué)的內(nèi)容設(shè)計(jì)，引導(dǎo)學(xué)生堅(jiān)定正確的政治方向、樹立遠(yuǎn)大的理想抱負(fù)、確立科學(xué)的價值觀念、增強(qiáng)自身的綜合素養(yǎng)，進(jìn)行職業(yè)道德建設(shè)以及愛國奉獻(xiàn)精神培養(yǎng)。在本課程的主要內(nèi)容中，以課程知識模塊為切入點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)的課程思政設(shè)計(jì)，充分挖掘思政要素，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)內(nèi)容思政要素全覆蓋。例如，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，深入挖掘教學(xué)內(nèi)容，引出了如下的思政要素內(nèi)容，如表1所示。

表1 課程主要內(nèi)容中的思政要素

2.3 OBE導(dǎo)向教學(xué)考核改革

“機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)”課程具有實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，在新工科建設(shè)背景下，必須十分重視實(shí)踐能力等方面的培養(yǎng)，也就是說，機(jī)械制造的理論知識與實(shí)踐內(nèi)容都要同等重視。因此，本課程的考核方面包括作業(yè)討論、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐、期末書面考試，課程總評成績構(gòu)成如表2 所示。同時，對課程目標(biāo)與教學(xué)內(nèi)容和方法的對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行了重新梳理，如表3所示。

表2 課程總評成績構(gòu)成

2.4 引入復(fù)雜工程案例

引入復(fù)雜工程案例的教學(xué)模式如圖2 所示。本課程引入實(shí)際復(fù)雜制造系統(tǒng)案例，將理論、方法與工具緊密融合，從工程中提煉問題，完成教學(xué)與工程實(shí)際的有效對接，增強(qiáng)學(xué)生工程實(shí)踐能力；通過創(chuàng)新設(shè)計(jì)與工程實(shí)習(xí)，增強(qiáng)學(xué)生工程創(chuàng)新能力；通過校外企業(yè)合作，以實(shí)際復(fù)雜制造系統(tǒng)案例為主線，形成校內(nèi)與校外結(jié)合的“準(zhǔn)現(xiàn)場”的教學(xué)模式，鍛煉學(xué)生解決實(shí)際復(fù)雜工程問題的綜合能力；帶領(lǐng)學(xué)生參加各類機(jī)械相關(guān)賽事，檢驗(yàn)引入復(fù)雜工程案例教學(xué)模式的成果。通過上述措施，可以增強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力和解決復(fù)雜工程問題的能力；使學(xué)生具備扎實(shí)的專業(yè)知識、工程素養(yǎng)、國際視野和終身學(xué)習(xí)能力，滿足新工科建設(shè)要求，滿足工程教育專業(yè)認(rèn)證對人才培養(yǎng)的要求。

表3 課程目標(biāo)與教學(xué)內(nèi)容和方法的對應(yīng)關(guān)系

圖2 引入復(fù)雜工程案例的教學(xué)模式